NASA ontdekt een recordbrekend superzwaar zwart gat op meer dan 13 miljard lichtjaar afstand

• Een belangrijke indicator voor de groeiende superzware massa Zwart gat – Röntgenstraling – gevonden in een sterrenstelsel ver, ver weg.
• Dit sterrenstelsel, UHZ1, bevindt zich op een afstand van 13,2 miljard lichtjaar en werd waargenomen toen het heelal nog maar 3% van zijn huidige leeftijd had.
• NASAChandra röntgenobservatorium en James Webb-ruimtetelescoop Ze combineerden hun inspanningen om deze ontdekking te doen.
• Dit is het beste bewijs tot nu toe dat sommige vroege zwarte gaten zijn ontstaan ​​uit enorme gaswolken.

Astronomen hebben met behulp van de Chandra- en Webb-ruimtetelescopen het verste zwarte gat ontdekt dat ooit in röntgenstraling is gedetecteerd (in een sterrenstelsel genaamd UHZ1). Röntgenstraling is een duidelijk teken van de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat. Dit resultaat zou kunnen verklaren hoe enkele van de eerste superzware zwarte gaten in het universum zijn ontstaan. Deze afbeeldingen tonen de Abell 2744-cluster van sterrenstelsels achter UHZ1, in röntgenfoto’s van Chandra en infraroodgegevens van Webb, evenals close-ups van het gaststelsel van het zwarte gat UHZ1. Bron: röntgenfoto: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrarood: NASA/ESA/CSA/STScI; Beeldverwerking: NASA/CXC/SAO/L. Fratari en K. Arcand

NASA-telescopen ontdekken een recordbrekend zwart gat

Deze afbeelding onthult het meest afgelegen zwarte gat dat ooit met röntgenstraling is geïdentificeerd, en werpt mogelijk licht op de vorming van de oudste superzware zwarte gaten in het universum. De ontdekking werd gedaan met behulp van röntgenstralen van NASA’s Chandra X-ray Observatory (weergegeven in paars) en infraroodgegevens van de James Webb Space Telescope (weergegeven in rood, groen en blauw).

Hongaarse afstanden en notities

Het extreem verre zwarte gat in het sterrenstelsel UHZ1 bevindt zich in de richting van de cluster Abell 2744. De cluster van sterrenstelsels bevindt zich op ongeveer 3,5 miljard lichtjaar van de aarde. Uit de gegevens van Webb blijkt echter dat UHZ1 veel verder weg is dan Abell 2744. Op ongeveer 13,2 miljard lichtjaar afstand kon UHZ1 worden gezien toen het universum nog maar 3% van zijn huidige leeftijd had.

Zwaartekrachtlens en röntgendetectie

Met behulp van meer dan twee weken aan observaties van Chandra konden onderzoekers röntgenstraling van UHZ1 detecteren, een indicatie van de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat dat in het centrum van de Melkweg groeit. Het röntgensignaal is zo zwak dat Chandra het alleen kon detecteren – zelfs met zo’n lange observatie – vanwege een fenomeen dat bekend staat als zwaartekrachtlenzen en dat het signaal met een factor vier versterkte.

Beeldvormings- en oriëntatietechnieken

De paarse delen van de afbeelding tonen röntgenstraling van grote hoeveelheden heet gas in Abell 2744. De infraroodafbeelding toont honderden sterrenstelsels in de cluster, samen met enkele voorgrondsterren. De inzetstukken zijn vergroot tot een klein gebied gecentreerd rond UHZ1. Het kleine object in de webafbeelding is het verre sterrenstelsel UHZ1 en het midden van de Chandra-afbeelding toont röntgenstraling afkomstig van materiaal dichtbij het superzware zwarte gat in het midden van UHZ1. De grote omvang van de röntgenbron vergeleken met het infraroodbeeld van de Melkweg komt doordat deze het kleinste volume vertegenwoordigt dat Chandra kan oplossen. De röntgenstraling komt eigenlijk uit een veel kleiner deel van de Melkweg.

Er werd verschillende verzachting toegepast op de Chandra-afbeelding in het volledige veld en op de close-up Chandra-afbeelding. Er werd over vele pixels van het grote beeld vloeiend gemaakt om zwakke clusteremissie te benadrukken, ten koste van het niet tonen van zwakke röntgenpuntbronnen zoals UHZ1. Er werd veel minder afvlakking op het close-upbeeld toegepast, zodat zwakke röntgenbronnen zichtbaar worden. De afbeelding is zo georiënteerd dat het noorden 42,5 graden rechts van de verticaal wijst.

Illustratie: Een zwaar zwart gat gevormd door de directe ineenstorting van een enorme gaswolk. Bron afbeelding: NASA/STScI/Leah Hostak

Het belang van ontdekken

De ontdekking is belangrijk om te begrijpen hoe sommige superzware zwarte gaten – die tot miljarden zonsmassa’s bevatten en in de centra van sterrenstelsels worden aangetroffen – zo snel na de oerknal enorme massa’s kunnen bereiken. Worden ze rechtstreeks gevormd door het instorten van enorme gaswolken, waardoor zwarte gaten ontstaan ​​die tussen de tienduizend en honderdduizend zonnen wegen? Of komt het door de explosies van de eerste sterren die zwarte gaten creëren met een massa van slechts tien tot honderd zonnen?

Onderzoeksresultaten en theoretische implicaties

Het team van astronomen heeft sterk bewijs gevonden dat het nieuw ontdekte zwarte gat in UHZ1 enorm groot is geworden. Ze schatten de massa op tussen de 10 en 100 miljoen zonnen, gebaseerd op de helderheid en energie van de röntgenstralen. Dit massabereik is vergelijkbaar met dat van alle sterren in het sterrenstelsel waarin ze leven, wat in schril contrast staat met de zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels in het nabije heelal, die doorgaans slechts ongeveer een tiende procent van hun eigen massa bevatten. . Gastheer sterrenstelsels.

De grote massa van het zwarte gat op jonge leeftijd, evenals de hoeveelheid röntgenstraling die het uitzendt en de helderheid van het sterrenstelsel dat Webb ontdekte, komen allemaal overeen met de theoretische voorspellingen uit 2017 van een ‘superzwaar zwart gat’ dat rechtstreeks uit het sterrenstelsel is ontstaan. het sterrenstelsel. Ineenstorting van een enorme gaswolk.

Continu onderzoek en samenwerking

De onderzoekers zijn van plan deze en andere resultaten te gebruiken die afkomstig zijn van Webb en die van andere telescopen om een ​​groter beeld van het vroege heelal te krijgen.

Het artikel waarin de resultaten worden beschreven, verschijnt in Natuur astronomie. Auteurs zijn onder meer Akos Bogdan (Centrum voor Astrofysica | Harvard en Smithsonian), Andy Golding (Princeton Universiteit), Priyamvada Natarajan (Yale universiteit), Ursolya Kovacs (Masaryk Universiteit, Tsjechië), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Frankrijk), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Max Planck Instituut voor Astrofysica, Duitsland) en Irina Zhuravleva (Universiteit van Chicago).

De Webb-gegevens die in beide onderzoeken worden gebruikt, maken deel uit van een onderzoek genaamd Ultradeep Nirspec en nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). Het artikel, geleid door UNCOVER-teamlid Andy Golding, verschijnt in Astrofysische dagboekbrieven. Tot de co-auteurs behoren andere leden van het UNCOVER-team, evenals Bogdan en Natarajan. Een gedetailleerd interpretatiedocument waarin de waargenomen eigenschappen van UHZ1 worden vergeleken met theoretische modellen van massieve zwart-gatstelsels wordt momenteel beoordeeld en er is een preprint beschikbaar. hier.

Referenties:

“Bewijs voor de oorsprong van zware zaden voor vroege superzware zwarte gaten uit de röntgenquasar az ≈ 10” door Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontaire, Ralph B. Kraft, William R. Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov en Irina Zhuravleva, 6 november 2023, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Ontdekking: Groei van de eerste massieve zwarte gaten van JWST/NIRSpec – Spectroscopische roodverschuivingsbevestiging van door röntgenstraling verlichte AGN op z = 10,1” door Andy D. Golding en Jenny E. Groen en David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasiliy Kokorev, Gaurav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erika Nelson, Pascal A. Oish, Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Peter van Dokkum, Benjie Wang, 冰洁王, John R. Wever, Catherine E. Whittaker en Adi Zittrain, 22 september 2023, Astrofysische dagboekbrieven.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

NASA’s Marshall Space Flight Center beheert het Chandra-programma. Het Chandra X-ray Center van het Smithsonian Astrophysical Observatory controleert de wetenschappelijke operaties vanuit Cambridge, Massachusetts, en de vluchtoperaties vanuit Burlington, Massachusetts.

De James Webb-ruimtetelescoop is ’s werelds toonaangevende observatorium voor ruimtewetenschap. Webb zal de mysteries van ons zonnestelsel oplossen, verder kijken dan verre werelden rond andere sterren, en de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin onderzoeken. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.